壁画是不可再生的珍贵遗产。然而，岁月侵蚀，自然环境变化，微生物也趁虚而入，成为壁画保存的一大威胁。

一幅被微生物侵蚀的壁画，如果不加干预，最终会怎样？

起初，壁画只是表面浮现些许斑驳，颜色渐失光彩；随后，菌斑会逐步蔓延，画面蒙尘；最终，微生物逐步“拆解”壁画的材料和结构，导致壁画脱落——一幅幅艺术瑰宝，或许就在这看不见的“微观战争”中，悄然碎落。

近日，兰州大学生命科学学院冯虎元教授团队联合敦煌研究院武发思研究员、汪万福研究员团队，在古代壁画微生物研究上取得突破。不仅揭示了微生物这一壁画"隐形杀手"的作案机制，更研发出一套无损清洁技术，如同给壁画的"健康"做了一次深度"体检"和"精准手术"，为壁画等文物的科学保护和永续传承提供了技术支撑。

武发思研究员带领团队在石窟内取样。兰州大学供图。

揪出“隐形杀手”：湿度是关键

古老壁画，承载着千年历史与艺术光华，却在肉眼难辨的微观世界里面临着持续威胁。“微生物是壁画保护中的‘隐形杀手’。”敦煌研究院武发思研究员介绍，“与人为破坏或自然风化不同，微生物引起的壁画退化往往发生得缓慢而隐蔽，具有‘看不见、进展慢、后果重’的特点，是当前壁画长期保存过程中最具隐蔽性、也最难防控的风险因素之一。”

这些微小的“破坏者”究竟如何“作案”？兰州大学生命科学学院冯虎元教授用了一个生动的比喻：“微生物就像一群随遇而安的‘居民’，到了壁画这个‘家’里，为了生存，它需要啥，就用啥、搬啥。”冯虎元介绍，微生物会“分泌”各种“工具”——酶和有机酸——去分解、转化壁画中的有机材料和矿物颜料，导致颜料褪色、结构酥松、甚至脱落。

那么，是什么给这些“隐形杀手”提供了作案机会？研究指向了一个核心环境因素——水。“水是生命之源，也是开启微生物生长‘开关’的关键钥匙。”团队成员、兰州大学马文霞博士解释道，空气中水分的多寡，直接决定了大多数微生物能否存活、生长以及是否活跃。

研究团队通过对比位于极端干旱区的敦煌莫高窟和半湿润区的天水麦积山石窟壁画中微生物，发现了一个有趣的现象：在半湿润环境下，放线菌门占优势；而在极端干旱环境中，厚壁菌门则占据主导。“这告诉我们，壁画上的微生物很‘聪明’，会随着环境变化而选择‘住户’的类型和比例。”武发思介绍道。湿度就像环境的“筛子”，筛选出最能适应当时条件的微生物类群。

西北地区之所以能够留存如此大量的壁画，正是因为气候干燥。而全球气候变化带来的环境暖湿化，可能加剧壁画盐害和微生物活动的风险。敦煌研究院贺东鹏副研究员指出，“西北地区昼夜温差大，导致洞窟内外水汽交换频繁，湿度波动幅度远超湿润地区。这种‘干-湿交替’的环境，既容易引发盐害，又能在高湿阶段快速激活微生物活动，形成协同损害，让保护工作更加困难。”

盐害的发生原理类似于人出汗后在体表留下汗渍的过程。壁画的支撑体中，如土壤、岩石等，其本身就有一些矿物质，在毛细管作用和水汽运移作用下，水分带着矿物质迁移到壁画表层，在干-湿循环条件下反复发生结晶和潮解，进而破坏壁画本体。

发现了“湿度”这把关键钥匙，也就找到了防控微生物病害的核心切入点。

研究人员采用无菌工具现场采集样品。兰州大学供图。

化身“科研侦探”：精准锁定并清除

面对肉眼难辨、复杂变化的微生物群落，研究团队化身“科研侦探”，结合传统培养与高通量测序两种方法，抽丝剥茧，还原“案发现场”。

“老方法”即传统培养法，在培养基中培养样品中的微生物，该方法的优势体现在能获得活的微生物，方便进行后续验证以及挖掘潜在的微生物资源。但它的局限是壁画上绝大部分微生物用这种方法是“养”不出来的。“新方法”即高通量测序技术，通过对样品中所有微生物的基因信息进行序列测定，分析出样品中总共有哪些微生物，各自占多少比例。但它只能告知“有什么”，很难直接证明这些微生物具体“在做什么”。

“因此，我们把这两种方法结合起来使用，”团队成员、兰州大学生命科学学院硕士研究生陈绮绮说，“用‘新方法’进行全面的物种筛查，了解壁画上整体的微生物构成和可能的风险点；同时用‘老方法’获取关键的活性微生物，用于后续验证其具体功能。”两者得到的结果可以相互印证、相互补充，从而更全面、更审慎地理解壁画微生物的实际情况，为保护决策提供更扎实的依据。

在麦积山石窟的壁画上，团队成功“逮捕”了一名“重点嫌疑犯”。他们首先从壁画上有可见菌落的位置小心采集了微小的样品，带回实验室后随即对这些样品进行培养。在逐渐长出的多种微生物中，一株真菌很快引起了团队的注意——因为它的颜色、形态和团队在壁画表面实际看到的微生物非常相似。之后，通过测序进一步确认了这株真菌就是洞窟壁画上最为优势的微生物。“有意思的是，在实验室继续培养的过程中，我们观察到它在生长时，菌落表面会慢慢分泌出深褐色的液体。”马文霞介绍，这一发现直观揭示了微生物如何通过分泌物导致壁画色变。

在开展研究和后续保护处理中，团队始终恪守一条原则：保护优先、最小干预。团队使用的“无损清洁技术”是针对壁画表面已出现的微生物病害而研发的一套温和清除方法。其核心思路是“先物理清理，再化学抑制”，整个过程就好像在病害壁画上做了一台精密的“微创手术”：先用定制的软刷，轻轻扫去表面菌丝体；同时，配合一个微型吸尘装置，瞬间将清理下来的微生物及粉尘颗粒吸走并过滤，防止其飘散污染其他区域。物理清理后，再使用一种高效低毒的抑菌剂（OIT）进行精准杀灭。

“我们通过对15种杀菌剂进行比较和评估发现，OIT对麦积山石窟壁画病害菌的杀灭效果最显著，在较低浓度下即可有效杀灭病害菌。”贺东鹏说道，“其对壁画颜料色度影响极小，且基础毒性小。”

2020年壁画修复后场景。兰州大学供图。

织就“防护网”：从修复到预防

目前，团队的部分研究成果已经应用于麦积山石窟的保护实践中，但威胁不止来自微观世界。研究团队发现，昆虫、鸟类、松鼠等“访客”动物在无意中也成为微生物传播与滋生的“帮凶”。这些小动物本身携带微生物孢子，其排泄物、残体或储藏的食粮残渣更为微生物提供了额外的营养源，间接加剧了病害风险。

“一些小昆虫虽以微生物为食，但在觅食和进食过程中，会造成微生物传播扩散。”贺东鹏说。因此，管理好洞窟周边环境，防止动物侵扰，也是预防微生物病害的重要一环。

面对形形色色的“破坏分子”，团队更长远的目标是将保护关口前移，从事后修复转向事前预警和预防，为千年壁画的长期健康织就一张坚实的“防护网”。

武发思介绍，团队下一步研究的重点是向“预防性保护”的前端延伸。“我们正在深入探索，如何通过更精准的环境监测与调控，在微生物病害暴发前进行预警和干预，这比病害发生后的治理更为根本。”团队希望可以找到诱发、驱动微生物病害的关键环境因子阈值或边界条件，通过主动控制环境，防患于未然。这相当于为壁画安装了一套敏锐的“监测雷达”，能够提前发现风险、规避风险。

这一思路不仅适用于壁画保护。尽管不同类型文物的材料与赋存环境各异，但研究的核心逻辑——识别关键风险微生物、解析其与环境因子的关系、并研发针对性防控技术——是相通的。团队正积极与其他文物保护部门和研究机构交流，期待将经验拓展到古建筑、土遗址等更广泛的领域，让“防护网”越织越宽。

而在更远的未来，这张网或许将更具“智慧”与“弹性”。武发思描绘了这一图景：“例如，寻找一些有益的微生物，能够抑制有害微生物的生长，实现‘以菌治菌’；或者利用某些功能微生物，诱导生成具有加固作用的矿物薄膜，加固脆弱壁画。”这一思路为文化遗产的可持续保护打开了一扇充满想象力的新窗户。

从揭秘“隐形杀手”的作案手法，到开展精准清除的“微损手术”，再到构筑面向未来的“预警系统”，兰州大学与敦煌研究院的联合团队正致力于在千年壁画上施展“显形术”，为文化遗产保护装上“监测雷达”，让那些试图侵蚀历史瑰宝的微生物从此无处遁形。